Комаммокс
Комаммокс (полное окисление аммиака) — это название, присвоенное организму, который может превращать аммиак в нитрит , а затем в нитрат в процессе нитрификации . [ 1 ] Традиционно считалось, что нитрификация представляет собой двухэтапный процесс, при котором бактерии, окисляющие аммиак, и археи окисляют аммиак до нитрита, а затем бактерии, окисляющие аммиак, превращаются в нитрат. [ 2 ] [ 3 ] Полное превращение аммиака в нитрат одним микроорганизмом было впервые предсказано в 2006 году. [ 1 ] было обнаружено наличие микроорганизмов, способных осуществлять оба процесса конверсии В 2015 году в пределах рода Nitrospira , и азотный цикл . был обновлен [ 4 ] [ 5 ] В пределах рода Nitrospira основные экосистемы comammox в основном встречаются в естественных водоносных горизонтах и искусственных экосистемах. [ 6 ]
Полная стадия нитрификации дает больше энергии (∆G°′ = −349 кДж моль −1 NH 3 ), чем любое однократное окисление (∆G°′ = −275 кДж моль −1 NH 3 для окисления аммиака до нитрита и ∆G°′ = −74 кДж моль. −1 НЕТ 2 − окисление нитрита в нитрат). [ 5 ]
Comammox Nitrospira Бактерии
[ редактировать ]Полная нитрификация окисляющего аммиака до нитрата энергетически выгодна для нитроспиры . [ 5 ] Из-за предыдущих исследований, проведенных с Nitrospira , считалось, что все Nitrospira используют нитрит в качестве источника энергии. [ 1 ] Таким образом, комаммокс Nitrospira не был обнаружен до 2015 года. [ 5 ] Все обнаруженные нитрификаторы относятся ко II подлинии рода Nitrospira. [ 3 ] Геном . нитрифицирующей хемолитоавтотрофной бактерии рода Nitrospira кодирует окисление как аммиака, так и нитрита [ 5 ] Гены, связанные с ростом путем окисления аммиака до нитрата, представляют собой гены аммиакмонооксигеназы и гидроксиламиндегидрогеназы (например, ген amoA и кластер hao). [ 5 ] Это показывает, что полностью нитрифицирующие Nitrospira служат краеугольным камнем микробных сообществ, циркулирующих азот, обнаруженных в окружающей среде. Спустя почти два года после открытия организмов комаммокса Nitrospira inopinata стала первым полным нитрификатором , выделенным в чистой культуре. [ 7 ] Кинетический и физиологический анализ Nitrospira inopinata показал, что этот полный нитрификатор обладает высоким сродством к аммиаку, медленной скоростью роста, низкой максимальной скоростью окисления аммиака и высоким выходом. [ 7 ] [ 6 ] Открытие comammox Nitrospira дает представление о модульной эволюции азотного цикла и расширяет сложность эволюционной истории нитрификации . [ 5 ]
Экосистема Comammox
[ редактировать ]Комаммокс был обнаружен во многих экосистемах, включая естественные пресноводные и наземные экосистемы. Примечательно, что гены commomox не были обнаружены в большом количестве в океанах. Кроме того, использование инженерных экосистем для комаммокса можно использовать для удаления аммония воды и во время очистки сточных вод . [ 3 ] Comammox был обнаружен во многих инженерных системах, включая аквакультуры установки биофильтрации , системы очистки и распределения питьевой воды, а также очистные сооружения. [ 3 ] [ 6 ] Рост комаммокса в этих искусственно созданных экосистемах происходит одновременно с бактериями и/или архей, окисляющими аммиак , и в некоторых случаях превышает численность других прокариот, окисляющих аммиак. [ 3 ] [ 6 ] [ 8 ] [ 9 ] Экосистема комаммокса в настоящее время неизвестна с точки зрения биогеографии , включая ее распространение и численность, из-за влияния конфигурации процесса и химического состава очищенных сточных вод. [ 3 ] [ 6 ] После этих результатов было установлено, что комаммокс может превосходить канонические нитрит-окисляющие бактерии рода Nitrospira в некоторых искусственно созданных средах, что указывает на потенциально важную роль комаммокса в эффективном биологическом удалении азота в процессах очистки сточных вод . [ 3 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Коста, Э; Перес, Дж; Крефт, Ю. (май 2006 г.). «Почему метаболический труд делится на нитрификацию?». Тенденции в микробиологии . 14 (5): 213–9. дои : 10.1016/j.tim.2006.03.006 . ПМИД 16621570 .
- ^ Виноградский, Серж (1892). «Вклад в морфологию нитрифицирующих организмов». Арх. наук. Биол . 1 :87–137.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Лоусон, Кристофер Э; Люкер, Себастьян (01 апреля 2018 г.). «Полное окисление аммиака: важный контроль нитрификации в инженерных экосистемах?» . Современное мнение в области биотехнологии . Энергетическая биотехнология • Экологическая биотехнология. 50 : 158–165. дои : 10.1016/j.copbio.2018.01.015 . hdl : 2066/195181 . ISSN 0958-1669 . ПМИД 29414055 .
- ^ ван Кессель, Массачусетс; Спет, доктор медицинских наук; Альбертсен, М; Нильсен, PH; Оп ден Кэмп, HJ; Картал, Б; Джеттен, MS; Люкер, С. (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация одним микроорганизмом» . Природа . 528 (7583): 555–9. Бибкод : 2015Natur.528..555V . дои : 10.1038/nature16459 . ПМЦ 4878690 . ПМИД 26610025 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Даймс, Х; Лебедева Е.В.; Пьевац, П; Хан, П; Гербольд, К; Альбертсен, М; Йемлих, Н; Палатинский, М; Вирхейлиг, Дж; Булаев А; Киркегор, Р.Х.; Берген, МВ; Раттей, Т; Бендингер, Б; Нильсен, PH; Вагнер, М. (26 ноября 2015 г.). «Полная нитрификация бактериями Nitrospira» . Природа . 528 (7583): 504–9. Бибкод : 2015Nature.528..504D . дои : 10.1038/nature16461 . ПМК 5152751 . ПМИД 26610024 .
- ^ Jump up to: а б с д и Фаулер, Сьюзен Джейн; Паломо, Алехандро; Дешен, Арно; Майнс, Пол Д.; Сметс, Барт Ф. (март 2018 г.). «Comammox Nitrospira является богатым окислителем аммиака в различных сообществах быстрых песчаных фильтров, питаемых грунтовыми водами: Comammox Nitrospira в биофильтрах питьевой воды» (PDF) . Экологическая микробиология . 20 (3): 1002–1015. дои : 10.1111/1462-2920.14033 . ПМИД 29314644 . S2CID 4325672 .
- ^ Jump up to: а б Китс, К. Дмитрий; Седлачек, Кристофер Дж.; Лебедева Елена Владимировна; Хан, Пинг; Булаев, Александр; Пьевац, Петра; Дебелер, Энн; Романо, Стефано; Альбертсен, Мэдс (2017). «Кинетический анализ полного нитрификатора показывает олиготрофный образ жизни» . Природа . 549 (7671): 269–272. Бибкод : 2017Natur.549..269K . дои : 10.1038/nature23679 . ПМК 5600814 . ПМИД 28847001 .
- ^ Рутс, Пол; Ван, Юбо; Розенталь, Алекс Ф.; Гриффин, Джеймс С.; Сабба, Фабрицио; Петрович, Морган; Ян, Фэнхуа; Козак, Джозеф А.; Чжан, Хэн; Уэллс, Джордж Ф. (15 июня 2019 г.). «Comammox Nitrospira является доминирующим окислителем аммиака в обычных реакторах нитрификации с низким содержанием растворенного кислорода» . Исследования воды . 157 : 396–405. дои : 10.1016/j.watres.2019.03.060 . ISSN 0043-1354 .
- ^ Котто, Ирмари; Дай, Зихан; Хо, Линьсюань; Андерсон, Кристофер Л.; Виларди, Кэтрин Дж.; Иджаз, Умер; Хунджар, Венделл; Уилсон, Кристофер; Де Клиппелейр, Хейди; Гилмор, Кевин; Бейли, Эрика; Пинто, Амит Дж. (01 февраля 2020 г.). «Длительное время удержания твердых веществ и сопутствующая фаза роста способствуют преобладанию бактерий comammox в системах удаления азота» . Исследования воды . 169 : 115268. doi : 10.1016/j.watres.2019.115268 . ISSN 0043-1354 .